Tài liệu giảng dạy học phần Đo lường điện Công nghệ kỹ thuật điện tử

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách tài liệu giảng dạy nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu giảng dạy Đo lường điện có mã học phần CSC111070, gồm tín (Lý thuyết: 1; Thực hành: 1), số giờ: 45 (Lý thuyết: 15; Thực hành: 30), loại học phần: bắt buộc Tài liệu thuộc nhóm học phần chuyên môn ngành, nghề học phần sở khung chương trình đào tạo ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử Về nội dung tài liệu cung cấp khối kiến thức sở đo lường điện phương pháp đo, như: - Trình bày cấu đo lường điện, nguyên lý đo lường tổng quát, nguyên nhân gây sai số cách hạn chế sai số đo - Giải thích nguyên lý phương pháp đo điện trở - Phân tích ngun lý cấu đo dịng điện điện áp, phương pháp đo mở rộng thang đo Tài liệu cịn tồn khơng thiếu sót chưa hồn thiện, mong tiếp tục nhận nhiều ý kiến đóng góp từ giảng viên, sinh viên quan doanh nghiệp Chân thành cảm ơn TP HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên Trần Quốc Trung A DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT OSC: oscilloscope VOM: Volt-Ohm-Milliammeter DMM: Digital Multimeter B DANH MỤC BIỂU BẢNG SỐ LIỆU C DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1: Cơ cấu từ điện 13 Hình 2: Cơ cấu điện từ 14 Hình 3: Cấu tạo Súng điện tử 15 Hình 4: Mạch ohm-kế 19 Hình 5: Thang đo 19 Hình 6: Mở rộng thang đo 20 Hình 7: Mạch đo điện trở đất phương pháp trực tiếp 21 Hình 8: Vòng “Varley” 23 Hình 9: Cầu đo điện trở chiều OM16 27 Hình 10: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu đo điện trở chiều 29 Hình 11: Cơ cấu từ điện 31 Hình 12: Cơ cấu điện từ 32 Hình 13: Chỉnh lưu bán kyø 32 Hình 14: Phương pháp biến đổi nhiệt ñieän 33 Hình 15: Nguyên lý mạch điện trở shunt mắc song song 34 Hình 16: Nguyên lý mạch biến dòng Ampe kẹp 35 Hình 17: Cơ cấu từ ñieän 36 Hình 18: Cơ cấu điện động 36 Hình 19: Phương pháp chỉnh lưu 37 Hình 20: Mạch đo diện áp AC dùng nhiệt điện 38 Hình 21: Mạch đo diện áp AC dùng cấu thị điện từ 38 Hình 22: Mạch đo diện áp AC dùng cấu thị điện động 39 Hình 23: Mạch đo áp DC nhiều tầm đo 39 Hình 24: Mạch đo áp AC nhiều tầm đo 40 Hình 25: Sơ đồ vơnmét điện động có hai thang đo 41 Hình 26: Phương Pháp Gián Tiếp Dùng Vôn-Kế Và Ampe- kế 49 Hình 27: Phương Pháp Trực Tiếp Dùng Watt-Kế 50 Hình 28: Mạch đo công suất tải xoay chiều 51 Hình 29: Giản đồ vectơ điện áp dòng điện 52 Hình 30: Ký hiệu Watt kế phản kháng 52 Hình 31: Mạch ngun lý đo cơng suất tải pha 53 Hình 32: Mạch đo cơng suất tải pha có dùng biến dịng biến áp 55 Hình 33: Cosφ kế điện động pha 57 Hình 34: Cơ cấu tần số cộng hưởng học 57 Hình 35: Cấu tạo cơng tơ điện 59 Hình 36: Cách mắc cơng tơ điện ba pha 63 Hình 37: Cách mắc cơng tơ điện ba pha 64 Hình 38: Mạch đo cơng suất chiều dung vơn kế ampe kế 68 Hình 39: Mạch đo công suất chiều dung vôn kế ampe kế 69 Hình 40: Đo công suất watt-kế 69 Hình 41: Mạch đo công suất tải xoay chiều Giản đồ vectơ điện áp dòng ñieän 70 Hình 42: Cách mắc biến dòng watt-kế 71 Hình 43: Cách mắc watt-kế với biến dòng biến áp 72 Hình 44: Watt-kế ba pha ba phần tư 73 Hình 45: Cơng tơ điện pha 74 Hình 46: Một số dao động ký thông dụng 75 Hình 47: Kết nối dao động ký 76 Hình 48: Que đo dao động ký 76 Hình 49: Mặt sau dao động ký 77 Hình 50: Mặt trước dao động ký 77 Hình 51: Dao động ký tương tự dao động ký số 78 Hình 52: Dao động ký tương tự Cursor Readout kênh 78 Hình 53: Dao dộng ký màu 25MHz GDS-1022 79 Hình 54: Các khối chức dao động ký 80 Hình 55: Cấu tạo bên dao động ký 81 Hình 56: Dạng sóng vào 82 Hình 57: Màn hình dao động ký 83 Hình 58: Màn hình dao động ký hiển thị kênh, kênh 83 Hình 59: Dạng sóng minh hoạ 85 Hình 60: Dạng sóng minh hoạ 85 Hình 61: Dạng sóng minh hoạ 86 Hình 62: Đo góc pha dùng dao động kí tia 87 Hình 63: Dạng sóng minh hoạ 89 Hình 64: Lissajou có dạng Elip 90 Hình 65: Dạng sóng minh hoạ 91 Hình 66: Dạng sóng minh hoạ 91 Hình 67: Mạch vẽ đặc tuyến V-I diode 92 Hình 68: Đặc tuyến V-I diod hình dao dộng kí 92 Hình 69: Mạch vẽ đặc tuyến VCF -IC transistor BJI theo thông số IB 93 Hình 70: Đặc tuyến VCF -IC hình dao động kí 93 Hình 71: Mạch chỉnh lưu bán kỳ ngõ dương 95 Hình 72: Ứng dụng OSC máy phát sóng để khảo sát mạch 96 Hình 73: Mạch dao động hai trạng thái dùng BJT 98 D PHẦN NỘI DUNG: TÀI LIỆU GIẢNG DẠY Tên học phần: Đo lường điện Mã học phần: CSC111070 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị học phần: - Vị trí: học kỳ - Tính chất: Kiến thức sở - Ý nghĩa vai trò học phần: Nội dung học phần cung cấp cho sinh viên kiến thức đo lường điện, cấu thị kết đo; biết cách đo đại lượng điện, đánh giá sai số cho phép; nguyên lý hoạt động thiết bị đo thông dụng; nắm cách sử dụng loại máy đo để kiểm tra, phát hư hỏng thiết bị hệ thống điện Mục tiêu học phần: Kiến thức: - Trình bày cấu đo lường điện, nguyên lý đo lường tổng quát, nguyên nhân gây sai số cách hạn chế sai số đo - Giải thích nguyên lý phương pháp đo điện trở - Phân tích nguyên lý cấu đo dòng điện điện áp, phương pháp đo mở rộng thang đo Kỹ năng: - Vận dụng phương pháp đo công suất điện - Ứng dụng phương pháp đo lường dạng sóng tín hiệu điện Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện thái độ làm việc nghiêm túc, chủ động, tích cực Nội dung học phần: Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG 11 1.1.Giới thiệu chung 11 1.2.Cơ cấu đo 12 1.3.Sai số đo lường 15 Chương 2: ĐO ĐIỆN TRỞ 19 2.1.Đo điện trở Ôm kế 19 2.2.Đo điện trở phương pháp khác 20 Chương 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 31 3.1.Đo dòng điện 31 3.2.Mở rộng thang đo dòng điện 34 3.3.Đo điện áp 35 3.4.Mở rộng thang đo điện áp 39 Chương 4: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 49 4.1.Đo công suất mạch điện chiều 49 4.2.Đo công suất mạch điện xoay chiều pha 50 4.3.Đo công suất mạch điện xoay chiều ba pha 53 4.4.Đo điện 58 Chương 5: ĐO LƯỜNG DẠNG SĨNG TÍN HIỆU ĐIỆN 75 5.1 Giới thiệu chung dao động ký 75 5.2 Các ứng dụng dao động ký để quan sát dạng sóng tín hiệu điện.84 10 Đọc giá trị điện áp đỉnh-đỉnh: Vp-p=(số ô theo chiều đứng)*Volt/div  Giá trị điện áp đỉnh: Vp=Vp-p/2 Đọc giá trị chu kỳ dạng sóng: T=(số theo chiều ngang đỉnh)*Time/div  f= 1/T Ví dụ: Xác định điện áp chu kỳ dạng sóng sau, cho biết volts/div = 2V, time/div = 2ms: Hình 61: Dạng sóng minh hoạ Đo góc lệch pha dùng dao động kí hai tia: *Mục đích 86 Đo góc lệch pha hai điện áp có tần số giống Phương pháp đơn giản sử dụng rộng rãi đo thô (độ xác thấp) *Các bước đo: Với dao động kí hai tia chế độ quét tuyến tính ta đo góc lệch pha tín hiệu u1, u2 có tần số Hai tín hiệu u1, u2 đặt vào đầu cửa Y hai kênh u b a t t T Hình 62: Đo góc pha dùng dao động kí tia u1 = Um1 sin  t u2 = Um2 sin (  t -  ) Trong  góc lệch hai tín hiệu đại lượng cần đo Điều chỉnh cho hai tín hiệu trùng theo trục thời gian t ta quan sát tín hiệu u1,u2 Đo đoạn thẳng ab, ac tương ứng với khoảng cánh thời gian t T Từ ta tính góc lệch pha cần phải đo là:  = t  ab  360   .360 T  ac  87 Trường hợp dao động kí hai tia ta dùng dao động kí tia phải qua đổi nối điện tử đầu vào Y Có điều ta phải lưu ý tần số đổi nối điện tử phải lớn nhiều so với tần số điện áp cần quan sát Kết huỳnh quang nhận hai tín hiệu u1, u2 dạng đường cong rời rạc (không liên tục ) Nguồn sai số phép đo xê dịch trục hoành; việc đo khoảng ab, ac không xác độ dày tia điện tử Đo Tần Số *Mục đích Đo tần số tín hiệu dựa vào tín hiệu chuẩn *Các bước đo: +Các bước đầu giống ta đo điện áp dịng điện +Tín hiệu cần đo đưa vào cực Y, tín hiệu tần số chuẩn đưa vào cực X +Bật dao động ký sang Mode X-Y, hình xuất đường cong phức tạp gọi đường cong Lissajou +Điều chỉnh tần số chuẩn tới giá trị bội ước nguyên tần số cần đo hình xuất đường cong Lissajou đứng yên Dựa vào cơng thức sau để tính fx: f0 m  fx n Với: m số múi tính theo chiều ngang n số múi tính theo chiều dọc 88 Phương pháp cho phép đo tần số lớn 10Hz đến giá trị lớn thang đo dao động ký Ví dụ: xác định tần số độ lệch pha trường hợp sau với f0 = 1Khz Hình 63: Dạng sóng minh hoạ *Đo Độ Lệch Pha Của Tín Hiệu Có Tần Số Bằng Nhau Mục đích Đo độ lêch với điều kiện tín hiệu có tần số Các bước đo: +Các bước đầu giống ta đo tần số phần trên, hình Lissajou có dạng Elip 89 Hình 64: Lissajou có dạng Elip +Điều chỉnh Y-Pos X-Pos sap cho tâm Elip trùng tâm hình Cơng thức tính góc lệch pha:   arctan A B ( hay   arctan ab a ' b'  Với: A : Đường kính trục dài; B: Đường kính trục ngắn Nhược điểm phương pháp khơng xác định góc pha sai số phép đo lớn(5-10%) *Bảng tóm tắt độ lệch pha: 90 Hình 65: Dạng sóng minh hoạ Ví dụ: xác định độ lệch pha tín hiệu Hình 66: Dạng sóng minh hoạ *Vẽ đặc tuyến v-i linh kiện điện tử: Ví dụ 1: Vẽ đặt tuyến Id = f (Vd ) Mạch phân cực tín hiệu cưa tín hiệu sin, điện áp đầu điện trở R1 đưa quét dọc Y, có điện áp đầu diod đưa vào ngõ quét ngang X (điểm O nối mass dao động kí ) 91 Đặc tuyến Id = f(Vd ) xuất ảnh dao động kí Hình 67: Mạch vẽ đặc tuyến V-I diode Hình 68: Đặc tuyến V-I diod hình dao dộng kí Ví dụ 2: Vẽ đặc tuyến IC = f(VCE ) Cực phân cực điện áp DC VB (thay đổi được), A kế theo dõi dòng phân cực IB Điện áp tín hiệu cưa cung cấp cho cực C-E transistor 92 Hình 69: Mạch vẽ đặc tuyến VCF -IC transistor BJI theo thông số IB Hình 70: Đặc tuyến VCF -IC hình dao động kí 93 *CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Trình bày cấu tạo dao động ký Trình bày sơ đồ khối dao động ký Trình bày ứng dụng dao động ký Trình bày nguyên lý khảo sát dạng sóng tín hiệu dùng dao động ký Trình bày bước đo điện áp dùng dao động ký Trình bày bước đo tần số dùng dao động ký Trình bày bước đo độ lệch pha dùng dao động ký Trình bày bước đo vẽ đặc tuyến U-I linh kiện điện tử Cho dạng sóng tín hiệu xoay chiều hình a Hãy cho biết chu kỳ tần số tín hiệu Biết TIME/DIV dao động ký đặt vị trí 2ms/DIV Hình a Hình b 94 *THỰC HÀNH CHƯƠNG 5: Khảo sát dạng sóng mạch chỉnh lưu bán kỳ ngõ dương: Hình 71: Mạch chỉnh lưu bán kỳ ngõ dương Bước 1: Mắc mạch theo sơ đồ lên testboard Bước 2: Kiểm tra thông mạch cấp nguồn Vi = 6VAC Bước 3: Sử dụng VOM giai đo 10VAC đo giá trị Vi Bước 4: Sử dụng VOM giai đo 10VDC đo giá trị Vo Bước 5: Sử dụng OSC đo vẽ dạng sóng Vi Vo 95 Khảo sát dạng sóng mạch chỉnh lưu tồn kỳ hình cầu: Hình 72: Ứng dụng OSC máy phát sóng để khảo sát mạch +Bước 1- Để Power OSC Off +Bước 2- Chỉnh ban đầu cho OSC (chænh Focus ,Intensity ,Vert Position, Hor Position ,Volt/div ,Time/div … chừng ; VERT VAR TIME VAR ôû CAL ; IN MODE ôû GND ; TRIG COUPLING AUTO …) +Bước 3- Mở Power On chỉnh lại Intensity Focus để sóng sáng vừa phải sắc nét +Bước 4- Chỉnh Máy phát sóng tạo sóng sin 10V/50Hz (đo chỉnh OSC) +Bước 5- Đấu dây đo hình vẽ +Bước 6- Chỉnh VERT MODE DUAL để quan sát đồng thời dạng sóng +Bước 7- Chỉnh lại Vert Position, Hor Position để dạng sóng tách biệt 96 +Bước 8- Chỉnh lại Volt/div ,Time/div để dạng sóng có chu kỳ biện độ dễ quan sát +Bước 9- Quan sát dạng sóng Vẽ lại dạng sóng *Bước 4: Vẽ lại dạng sóng: Nhận xét : Khảo sát dạng sóng mạch dao động phi ổn tạo xung vng dùng transistor BJT 97 5V +V 1k 10k 10k 1k 100uF + 100uF + 220 220 T1 T2 LED1 LED2 Hình 73: Mạch dao động hai trạng thái dùng BJT *Bước 1: Lắp mạch: +Kiểm tra chất lượng linh kiện giao +Kết nối linh kiện lên testboard theo sơ đồ nguyên lý +Kiểm tra lại mạch sau lắp cấp nguồn 12VDC cho mạch hoạt động *Bước 2: Dùng dao động ký đo biên độ chu kỳ xung 98 Nhận xét : 99 E TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ xây dựng, Giáo Trình Đo Lường Điện - Điện Tử, Nhà xuất xây dựng, 2012 [2] Võ Huy Hồng, Giáo trình đo lường điện, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2010 [3] Tủ sách học nghề Nhất Nghệ Tinh, Chuyên Ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, Nhà xuất trẻ, 2014 100 ... nghề học phần sở khung chương trình đào tạo ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử Về nội dung tài liệu cung cấp khối kiến thức sở đo lường điện phương pháp đo, như: - Trình bày cấu đo lường điện, ... THIỆU Tài liệu giảng dạy Đo lường điện có mã học phần CSC111070, gồm tín (Lý thuyết: 1; Thực hành: 1), số giờ: 45 (Lý thuyết: 15; Thực hành: 30), loại học phần: bắt buộc Tài liệu thuộc nhóm học phần. .. thái dùng BJT 98 D PHẦN NỘI DUNG: TÀI LIỆU GIẢNG DẠY Tên học phần: Đo lường điện Mã học phần: CSC111070 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị học phần: - Vị trí: học kỳ - Tính chất: Kiến thức